BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN DCS & SCADA Thiết kế SCADA cho hệ thống phối trộn nguyên liệu TAGS RTD (Hưng Yên)

Ngoài ra hệthống số 3 cũng là hệ thống quan trọng nhất trong dây chuyền tự động chế biếnthức ăn chăn nuôi do đó hệ thống này cần được vận hành ổn định và chính xác,được giám sát chặt chẽ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN : DCS & SCADA

Thiết kế SCADA cho hệ thống phối trộn nguyên liệu TAGS RTD (Hưng

Yên)

Giảng viên hướng dẫn: TS Đào Quý Thịnh

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Minh – 20174067

Đinh Văn Hậu – 20173842

Đỗ Trung Hiếu – 20173880Nguyễn Văn Phụng – 20209531

HÀ NỘI, 6/2021

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1

1.2 Cấu trúc hệ thống phối trộn nguyên liệu 2

2.2.1 Lựa chọn thiết bị cấp điều khiển 7

2.3.2 Mô phỏng các tác động cơ cấu chấp hành 12

3.2.2 Sử dụng phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio

18

3.2.4 Xây dựng dữ liệu về nguyên liệu 22

3.2.6 Xây dựng dữ liệu phục vụ mục đích báo cáo thống kê 25

3.3.3 Đọc và ghi dữ liệu từ chương trình C# đến cơ sở dữ liệu của SQLServer30

3.3.4 Kết nối chương trình C# và PLC S7 1200 30

5.3.3 Thoát khỏi chức năng cài đặt nguyên liệu: 41

Hình 1.1 Công nghệ dây chuyền tự động chế biến thức ăn chăn nuôi 1

Hình 1.4 Đồ thị biểu diễn giá trị cân theo thời gian 4Hình 2.1 Cấu trúc xây dựng phần mềm giám sát 6Hình 2.2 Lưu đồ thuật toán vận hành hệ thống phối trộn tự động 7

Hình 3.4 Cửa sổ Add New Item cho project 17

Hình 3.6 Các windows forms được tạo trong project 18

Hình 3.10 Tạo một bảng dữ liệu trong cơ sở dữ liệu 20Hình 3.11 Tạo cột và kiểu dữ liệu cho cột 21

Hình 3.20 Thông số của các bảng công thức 23

Hình 3.25 SQL báo cáo 26Hình 3.26 Giao tiếp giữa phần mềm giám sát và phần mềm mô phỏng cân 27

Hình 3.29 Mở cửa sổ kết nối đến SQL Server 29Hình 3.30 Cửa sổ để kết nối đến SQL Server 29Hình 3.31 Kết nối đến cơ sở dữ liệu của SQL Server 29Hình 3.32 Mở của sổ Solution của Project 31

Hình 3.34 Thêm thư viện S7.net cho Project 32

Hình 5.20 Báo cáo chi tiết 50

Bảng 2.2 Thiết bị cấp điều khiển 8

1.1 Giới thiệu công nghệ

Hình 1.1 Công nghệ dây chuyền tự động chế biến thức ăn chăn nuôi

Công nghệ dây chuyền tự động chế biến thức ăn chăn nuôi có công suất

5-7 tấn/giờ Các hoạt động của dây chuyền có thể được điều khiển hoàn toàn tựđộng và được giám sát tại trung tâm điều khiển Công nghệ dây chuyền tự độnggồm 5 hệ thống lần lượt như sau:

1 Hệ thống Nạp nguyên liệu: Nguyên liệu được công nhân nạp, đượcphân loại theo kích cỡ xem có cần nghiền hay không Nguyên liệu cần đượcnghiền sẽ được đưa sang hệ thống nghiền liệu, nếu kích cỡ đủ nhỏ sẽ được đưathẳng sang hệ thống phối trộn nguyên liệu

2 Hệ thống Nghiền nguyên liệu: Nguyên liệu sẽ được nghiền nhỏ tại đâysau đó sẽ được chuyển đến hệ thống phối trộn nguyên liệu

3 Hệ thống Phối trộn nguyên liệu: Nguyên liệu sau khi đạt kích cỡ yêucầu sẽ được đưa vào các Silo chứa đã được quy định, đánh số trước Tùy vàocông thức yêu cầu mà mỗi Silo sẽ chứa 1 loại nguyên liệu và có 1 thứ tự địnhtrước Hệ thống sẽ cân lần lượt và sau đó trộn các nguyên liệu đó

4 Hệ thống Ép viên: Các nguyên liệu sau khi được trộn lẫn vào nhauđược đưa qua dây chuyền ép viên hoặc đưa thẳng đến hệ thống đóng bao tùy vàoyêu cầu đơn hàng

5 Hệ thống đóng bao: Các viên nguyên liệu hoặc nguyên liệu sau phốitrộn sẽ được chuyển đến hệ thống đóng bao, kết thúc dây chuyền tại đây

Trong 5 hệ thống trên, hệ thống số 1, 2, 4, 5 có cấu trúc và cách thức vận hànhđơn giản, sử dụng các loại máy tự động chuyên dụng; hệ thống số 3 là hệ thống

có quá trình hoạt động phức tạp so với các hệ thống còn lại, đòi hỏi phải điều

cũng không theo trình tự và thời gian cố định mà tùy vào công thức Ngoài ra hệthống số 3 cũng là hệ thống quan trọng nhất trong dây chuyền tự động chế biếnthức ăn chăn nuôi do đó hệ thống này cần được vận hành ổn định và chính xác,được giám sát chặt chẽ trong quá trình hoạt động đồng thời cũng đảm bảo tínhlinh hoạt của hệ thống khi chuyển đổi sang phối trộn những công thức khác nhau.

1.2 Cấu trúc hệ thống phối trộn nguyên liệu

- Cấp điều khiển: Thu thập dữ liệu và thực hiện điều khiển thông qua cácI/O của PLC giúp xử lý nhanh theo thời gian thực để đáp ứng công nghệ

- Cấp cảm biến chấp hành: Bao gồm các Silo, máy trộn, biến tần,cân,…được kết nối với cấp điều khiển thông qua tủ điện hệ thống, nhận sự điềukhiển từ cấp điều khiển cũng như đưa về các tín hiệu cho hai cấp nêu trên

Hình 1.3 Hệ thống phối trộn nguyên liệu

Hệ thống phối trộn nguyên liệu bao gồm:

1 Các ống dẫn nguyên liệu từ hệ thống nghiền và nạp liệu

2 16 Silo chứa nguyên liệu

4 Nơi đổ nguyên liệu thêm tay.

5 Máy trộn nguyên liệu

Hệ thống có thể trộn tối đá 1,5 tấn trên 1 mẻ trộn Chu trình phối trộn diễn ranhư sau:

Nguyên liệu được đưa vào các silo, mỗi silo chỉ chứa 1 loại nguyên liệu đãđược xác định trước tùy theo công thức được chọn từ trước Lần lượt các Silo sẽđươc mở theo thứ tự trong công thức để nguyên liệu chảy xuống Cân Hệ thống

sẽ cân tự động các nguyên liệu chảy xuống và ghi lại các giá trị cân được đó chođến khi đủ số nguyên liệu cân thì kết thúc 1 mẻ, nguyên liệu trong cân sẽ đượcđưa xuống bình trộn để trộn rồi xả và đưa sang hệ thống tiếp theo, cứ thế lặp lạichu trình cho đủ số mẻ đã đặt trước thì kết thúc Thời gian trộn và xả sẽ được đặttrước khi hết thời gian đó bình trộn sẽ xả ra và nguyên liệu sau trộn sẽ được đưasang hệ thống ép viên hoặc đóng bao

Hình 1.4 Đồ thị biểu diễn giá trị cân theo thời gian

của 2 loại nguyên liệu.

● Tín hiệu Enx: tín hiệu khi có bất kì Silo nào mở

2.1 Cấp giám sát, vận hành

Sử dụng phần mềm Visual Studio, lập trình Winform để lập trình phần mềmgiám sát vận hành cho hệ thống giúp dễ dàng trong việc xây dựng, thu thập, lưutrữ và quản lý các dữ liệu của hệ thống

Hình 2.5 Cấu trúc xây dựng phần mềm giám sát

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu cho phần mềm sẽ được thực hiện bằng phần mềmMicrosoft SQL Server Management Studio nhằm tạo ra các dữ liệu về công thức

và nguyên liệu phối trộn, thu thập các dữ liệu về quá trình cân và phối trộn, saolưu cơ sở dữ liệu của hệ thống để khôi phục khi cần thiết

Lưu đồ thuật toán tổng quát điều khiển cân và phối trộn tự động như sau:

Hình 2.6 Lưu đồ thuật toán vận hành hệ thống phối trộn tự động

2.2 Cấp điều khiển

2.2.1 Lựa chọn thiết bị cấp điều khiển

Sử dụng dòng PLC S7-1200 của hãng Siemems để thực hiện các yêu cầu điều khiểnđáp ứng với quá trình công nghệ

Ta có bảng tổng hợp tín hiệu điều khiển cho hệ thống như sau:

Bảng 2.1 Bảng tín hiệu điều khiển

Tín hiệu đầu vào ( 5 tín hiệu ) Tín hiệu đầu ra ( 20 tín hiệu )Tín hiệu đóng cửa xả trộn 16 đầu ra điều khiển đóng mở 16 SiloTín hiệu mở cửa xả trộn Xả cân

Tín hiệu đóng cửa xả cân Xả trộn

Tín hiệu mở cửa xả cân Biến tần

Tín hiệu xác nhận trộn Báo đang trộn

Dựa vào yêu cầu công nghệ và các tín hiệu điều khiển vừa tổng hợp ta lựa chọnthiết bị cho cấp điều khiển như sau:

Bảng 2.2 Thiết bị cấp điều khiển

2 6ES7222-

1HF30-0XB0

2.2.2 Sơ đồ đấu nối cấp điều khiển

Sơ đồ đấu nối PLC S7-1200 vẽ trên phần mềm Autocad Electrical

Hình 2.7 Bản vẽ đầu vào PLC

Hình 2.8 Bản vẽ đầu ra PLC

Hình 2.9 Bản vẽ đầu ra Module mở rộng 1

Hình 2.10 Bản vẽ đầu ra Module mở rộng 2

Hình 2.11 Bản vẽ đầu ra Rơ le, Công tắc tơ

Hình 2.12 Bản vẽ đầu ra Rơ le, Công tắc tơ

2.3 Cấp cảm biến chấp hành

2.3.1 Phần mềm mô phỏng cân

Phục vụ cho mục đích vận hành thử nghiệm ta xây dựng phần mềm mô phỏnghoạt động của cân Phần mềm mô phỏng cân sẽ được xây dựng bằng phần mềmVisual Studio, sử dụng ngôn ngữ lập trình C# để xây dựng giao diện mô phỏngcân, kết nối đến Phần mềm giám sát và PLC Phần mềm này sẽ đọc tín hiệu điềukhiển từ đầu ra của PLC (Các tín hiệu đóng mở các Silô và xả cân) và hiển thị rồigửi các tín hiệu về khối lượng cân về phần mềm giám sát

Hệ thống phối trộn bao gồm 16 Silo đựng các loại nguyên liệu khác nhau, điềukhiển đóng mở lần lượt từng Silo để nguyên liệu chảy xuống cân Ta có mô hìnhtính toán của cân trong hệ thống như sau:

Hình 2.13 Mô hình tính toán của phần mềm mô phỏng cân

Trong đó:

● Đầu vào bao gồm ωx, tx, Enx (với x = 1, 2, 3, … 16) lần lượt là lưu lượngkhối lượng, trễ do chảy trong ống dẫn của các nguyên liệu trong Silo và tín hiệu

mở Silo; ωx, Enxảlà lưu lượng xả và tín hiệu xả cân

● Khối lượng nguyên liệu cân được của các Silo:Mx(với x = 1, 2, 3, … 16),Khối lượng nguyên liệu xả: Mxả

● Đầu ra là tổng khối lượng nguyên liệu chảy xuống cân: MΣ

2.3.2 Mô phỏng các tác động cơ cấu chấp hành.

Sử dụng phần mềm TIA Portal của Siemens để mô phỏng các tác động đến đầuvào của PLC và quan sát sự tác động của phần mềm giám sát đến các đầu ra củaPLC bằng Watch and Force Table của phần mềm

Visual Studio hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau và cho phép trình biêntập mã và gỡ lỗi để hỗ trợ (mức độ khác nhau) hầu như mọi ngôn ngữ lập trình.Các ngôn ngữ tích hợp gồm có C,[4] C++ và C++/CLI (thông qua Visual C++),VB.NET (thông qua Visual Basic.NET), C# (thông qua Visual C#) và F# (nhưcủa Visual Studio 2010) Hỗ trợ cho các ngôn ngữ khác như J++/J#, Python vàRuby thông qua dịch vụ cài đặt riêng rẽ Nó cũng hỗ trợ XML/XSLT,HTML/XHTML, JavaScript và CSS.

3.1.2 Ngôn ngữ lập trình C# (C Sharp)

C# (hay C sharp) là một ngôn ngữ lập trình đơn giản, được phát triển bởi đội ngũ

kỹ sư của Microsoft vào năm 2000, trong đó người dẫn đầu là Anders Hejlsberg

C# với sự hỗ trợ mạnh mẽ của NET Framework giúp cho việc tạo một ứng dụngWindows Forms hay WPF (Windows Presentation Foundation), trở nên rất dễdàng

Ngôn ngữ C# có những đặc trưng tiêu biểu sau:

- C# là ngôn ngữ đơn giản, mạnh mẽ: C# được dựng trên nền tảng C++ vàJava, ảnh hưởng bởi Delphi, VisualBasic nên ngôn ngữ C# được thừa hưởng các

ưu điểm vào loại bỏ các yếu điểm của các ngôn ngữ trên, vì vậy nó khá đơn giản,đồng thời loại bỏ các cú pháp dư thừa và thêm vào đó các cú pháp cải tiến hơn

- C# là ngôn ngữ lâp trình bậc cao, đa nền tảng vì vậy nó dễ dàng tiếp cận

và phù hợp cho người mới bắt đầu học, ví dụ câu lệnh kinh điển dành cho ngườimới băt đầu hoc là in ra dòng chữ "Hello world", với C# ta chỉ cẩn 1 câu lệnh:System.Console.WriteLine("Hello world");

thời đại 4.0, bao gồm việc phát triển web, mobile app, game, học máy và trí tuệnhân tạo, phát triển đám mây, IoT, blockchain, microservices

- C# là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đồng thời hỗ trợ lâp trìnhchức năng: C# hỗ trợ mạnh mẽ cho phương pháp lâp trình hướng đối tượng,ngoài ra C# còn hỗ trợ các phương pháp lập trình chức năng thông qua các biểuthức lamba, khớp mẫu, functions, các thuộc tính bất biến

- C# là ngôn ngữ gõ tĩnh, định kiểu mạnh, hỗ trợ gõ động C# được gõ tĩnhnên nó mang đầy đủ các ưu việt của phương pháp gõ tĩnh như bảo đảm an toànkiểu, tự động phân tích và nhận biết lỗi cú pháp ngay trong quá trình viết mã Ngoài ra khi sử dụng C# kết hợp với IDE Visual Studio, C# được hỗ trợ gợi ýcode bởi Visual Studio IntelliCode sử dụng trí tuệ nhân tạo giúp cho việc viếtcode trở nên nhanh chóng và dễ dàng hơn

- C# là một ngôn ngữ ít từ khóa: C# có khoảng hơn 80 từ khóa

3.1.3 Lập trình Winform

Windows Form (thường gọi tắt là winforms) là framework dành cho phát triểnứng dụng desktop cho Windows đầu tiên trên NET Framework, được sử dụngrất rộng rãi và tồn tại cho đến tận ngày nay Windows Forms hoàn toàn đơn giảnhóa việc lập trình GUI (giao diện đồ họa), hỗ trợ thiết kế giao diện trực quan (màkhông cần tự viết code), đồng thời nhận được sự hỗ trợ rất tốt từ các hãng thứ ba(Devexpress, Syncfusion, Telerik, v.v.) và cộng đồng

3.1.4 Tổng quan về SQL

SQL, viết tắt của Structured Query Language (ngôn ngữ hỏi có cấu trúc), là công

cụ sử dụng để tổ chức, quản lý và truy xuất dữ liệu đuợc lưu trữ trong các cơ sở

dữ liệu SQL là một hệ thống ngôn ngữ bao gồm tập các câu lệnh sử dụng đểtương tác với cơ sở dữ liệu quan hệ

Tên gọi ngôn ngữ hỏi có cấu trúc phần nào làm chúng ta liên tưởng đến một công

cụ (ngôn ngữ) dùng để truy xuất dữ liệu trong các cơ sở dữ liệu Thực sự mà nói,khả năng của SQL vượt xa so với một công cụ truy xuất dữ liệu, mặc dù đây làmục đích ban đầu khi SQL được xây dựng nên và truy xuất dữ liệu vẫn còn làmột trong những chức năng quan trọng của nó SQL được sử dụng để điều khiểntất cả các chức năng mà một hệ quản trị cơ sở dữ liệu cung cấp cho người dùngbao gồm:

- Định nghĩa dữ liệu: SQL cung cấp khả năng định nghĩa các cơ sở dữ liệu,các cấu trúc lưu trữ và tổ chức dữ liệu cũng như mối quan hệ giữa các thành phần

cơ sở dữ liệu nhờ đó đảm bảo tính hợp lệ và chính xác của dữ liệu trước các thaotác cập nhật cũng như các lỗi của hệ thống.

Như vậy, có thể nói rằng SQL là một ngôn ngữ hoàn thiện được sử dụng trongcác hệ thống cơ sở dữ liệu và là một thành phần không thể thiếu trong các hệquản trị cơ sở dữ liệu Mặc dù SQL không phải là một ngôn ngữ lập trình như C,C++, Java, song các câu lệnh mà SQL cung cấp có thể được nhúng vào trongcác ngôn ngữ lập trình nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với cơ sở dữ liệu.Khác với các ngôn ngữ lập trình quen thuộc như C, C++, Java, SQL là ngônngữ có tính khai báo Với SQL, người dùng chỉ cần mô tả các yêu cầu cần phảithực hiện trên cơ sở dữ liệu mà không cần phải chỉ ra cách thức thực hiện cácyêu cầu như thế nào Chính vì vậy, SQL là ngôn ngữ dễ tiếp cận và dễ sử dụng

3.1.5 Phần mềm Microsoft SQL Server và SQL Server Management Studio

Microsoft SQL Server là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ được phát triểnbởi Microsoft Là một máy chủ cơ sở dữ liệu, nó là một sản phẩm phần mềm cóchức năng chính là lưu trữ và truy xuất dữ liệu theo yêu cầu của các ứng dụngphần mềm khác

Microsoft SQL Server Management Studio (SSMS) là một ứng dụng phần mềmthiết kế bởi Microsoft, ra mắt lần đầu năm 2005 Ứng dụng này cho phép lậptrình viên cấu hình, quản lý và quản trị bộ máy cơ sở dữ liệu (database engine)SQL Server trên giao diện đồ họa thay vì phải dùng đến dòng lệnh

3.2 Xây dựng các phần mềm

3.2.1 Tạo Project Windows Forms

Cả 2 phần mềm Giám sát và Mô phỏng cân mà ta xây dựng đều sử dụngWindows Forms, ngôn ngữ C# để lập trình Ta sẽ lần lượt khởi tạo 2 project tên

“Phần mềm giám sát” và “Phần mềm mô phỏng cân” Sau đây sẽ là cách khởi tạo

1 project Windows Forms

Bước 1: Mở phần mềm Visual Studio và chọn Create a new project

Hình 3.14 Cửa sổ Visual Studio

Bước 2: Chọn Windows Forms App(.NET Framwork) và ấn Next

Hình 3.15 Cửa sổ tạo project

Bước 3: Đặt tên project và ấn Create

Hình 3.16 Cửa sổ đặt tên project

Bước 4: Sau khi tạo project Windows Forms, để phần mềm có nhiều giao diệnkhác nhau ta thêm các Item Winodows Forms vào Project Trong cửa sổ SolutionExplorer Click chuột phải vào Project mong muốn chọn Add rồi chọn New item

Hình 3.17 Cửa sổ Add New Item cho project

Bước 5: Cửa sổ Add New Items hiện ra ta chọn Windows Form, đặt tên rồi ấnAdd để hoành thành việc thêm Windows Form cho Solution

Hình 3.18 Thêm form vào project

Lần lượt tạo mới các Windows Form cho Project “Phần mềm giám sát” củaSolution “Phần mềm giám sát” như hình sau

Hình 3.19 Các windows forms được tạo trong project

3.2.2 Sử dụng phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio

Bước 1: Mở phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio ấn Connect

để kết nối đến SQL Server

Hình 3.20 Kết nối với SQL Server

Bước 2: Click chuột phải và Database rồi chọn New Database

Hình 3.21 Tạo cơ sở dữ liệu mới

Bước 3: Cửa sổ New Database hiện lên, đặt tên cho Database rồi ấn OK Ở đây

ta sẽ tạo 1 Database cho hệ thống tên là HeThongPhoiTron

Hình 3.22 Cửa sổ New Database

Bước 4: Chọn Database vừa tạo, click chuột phải chọn New rồi chọn Table để thêmbảng vào cơ sở dữ liệu

Hình 3.23 Tạo một bảng dữ liệu trong cơ sở dữ liệu

Bước 5: Tạo các cột cho bảng và kiểu dữ liệu của cột đó

Hình 3.24 Tạo cột và kiểu dữ liệu cho cột

Bước 6: Ấn Ctrl + S để lưu bảng, cửa sổ đặt tên bảng hiện lên, người dùng đặttên cho bảng rồi ấn OK để hoàn thành tạo bảng

Hình 3.25 Đặt tên cho bảng dữ liệu

Bước 7: Click chuột phải vào tên bảng, người dùng có thể lựa chọn các thao tácvới bảng ví dụ như: chọn Design để chỉnh sửa cột cho bảng, chọn Edit Top 200Rows để điền các dữ liệu vào bảng

Hình 3.26 Các thao tác với bảng dữ liệu

Mở phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio và tạo một bảng mớinhư đã hướng dẫn ở trên Điền các thông số của bảng như sau:

3.2.4 Xây dựng dữ liệu về nguyên liệu

Mở Database “HeThongPhoiTron” tạo 1 bảng với các thông số như sau:

Hình 3.29 Thiết kế bảng Nguyên liệu

ấn Ctrl+S để lưu bảng, tên bảng sẽ được lưu là “nguyenlieu1” Sau đó ấn F5

(Refresh) để phần mềm cập nhật bảng lên Database

Ví dụ về SQL nguyên liệu:

Hình 3.30 SQL nguyên liệu

3.2.5 Xây dựng dữ liệu về công thức

Mở Database “HeThongPhoiTron” tạo 1 bảng với các thông số như sau: